ROBOT MOVIL CONTROLDADO POR DISPOSITIVO LOGICO
PROGRAMABLE
Juan Sebastián Díaz Rueda
Xavier Orlando Rodríguez Q.
OBJETIVO GENERAL
►Diseñar, construir e implementar un prototipo de robot móvil que funcione en dos etapas, en la primera que tenga la capacidad de identificar y aprender una trayectoria entre dos puntos dados en una superficie plana, para posteriormente en la segunda etapa de su funcionamiento recorrer la trayectoria aprendida.
Objetivo específico Nº 1
►Realizar el diseño mecánico del robot móvil, seleccionando la configuración adecuada según los movimientos y trayectorias que deberá seguir el robot
Nº 1: Configuración diferencial
►Dos ruedas de tracción opuestas
►Rueda libre (Tres apoyos)
►Movimientos
-Avance línea recta
-Giro sobre eje
Nº 1: Motores de tracción
► Encoder
► Requerimiento torque
► Consumo
► Chumacera
► Buje de acople a rueda
► Rodamiento
Objetivo específico Nº 2
►Construir el robot y dimensionarlo para que pueda operar en superficies pequeñas, a la vez que tenga el espacio suficiente para albergar los elementos mecánicos, además de los dispositivos y el montaje electrónico propios de su funcionamiento.
Nº 2: Dimensiones
► Ancho (22cm)
-Tarjeta de desarrollo con FPGA
-Disposición motores (Diferencial)
► Largo (24cm)
-Tarjeta de desarrollo con FPGA
-Sensor obstáculos
► Alto (19cm)
-Baterías -Tarjetas impresas
-Sensor -Ruedas
Nº 2: Distribución
►Equilibrio de carga
►Simetría
►Espacio libre
-Baterías
-Módulo sensor
Objetivo específico Nº 3
►Seleccionar e implementar uno o varios sensores para detectar y esquivar los obstáculos que se encuentren entre los dos puntos a recorrer por parte del robot.
Nº 3: Sensor ultrasónico
►Un sensor
►Módulo integrado-Señal 40KHz-Amplificación señal
► Evitar errores
► Emisor y receptor con cable blindado
Parlante
Micrófono
Led
12VDCSeñal de
salida
MODULO
Potenciómetro de calibración
Nº 3: Sensor ultrasónico
► Salida como interrupción
►Amplitud 12V
► Entrada FPGA a 3.3V
►Divisor de voltaje
1.1k
2.9k
Entra
da F
PG
A0 –
3.3
V
Señal d
e se
nso
r0 –
12 V
Nº 3: Zona de detección
►Angulo de 180º centrado frente al robot
Angulo = 0ºPaso = 0
Angulo = 90ºPaso = 24
Angulo = 180ºPaso = 48
Final de carrera
Sensor
Eje motor
Nº 3: Motor paso a paso
► Secuencia de medio paso
►Resolución de 3.75º por paso
► 48 pasos para 180º
► Tiempo de 25ms entre cada paso
► Periodo de 2.4s
Objetivo específico Nº 4
►Implementar el lenguaje VHDL en dispositivos lógicos programables, hardware en el cual se lleve a cabo el proceso de control del robot, según las directrices establecidas para tal fin.
Nº 4: VHDL, unidad de diseño
►Entidad: Bloque elemental, declaración de entradas y salidas
►Arquitectura: Estructura que describe el funcionamiento de la entidad
Nº 4: VHDL, Entidad
Nº 4: VHDL, Arquitectura
Nº 4: Subrutina, secuencias
Nº 4: Subrutina, retardo
Nº 4: FPGA, tarjeta de desarrolloAlimentación
Conector J1
Conector J2
Conector J4
ConectorDAC
Botones usuario Pantalla LCD
Nº 4: Controlador de velocidad
►Controlador proporcional
►Medición de la velocidad a través de encoder
► Salida a driver de motor por conversor digital-análogo de 12 bits
►Algoritmo de selección de “set point”
Nº 4: Controlador de velocidad
►Algoritmo de selección de “set point” INICIO
SP=5
Vm<=4.5
SP= Vm
Espera
Vm>4.5
si
no
si
no
Velocidad de motor 2
disminuye.
Velocidad de motor 2
aumenta nuevamente.
Objetivo específico Nº 5
►Aplicar el concepto de redes neuronales para la concepción de la estrategia de control y el aprendizaje de la trayectoria.
Nº 5: Memoria trayectoria
►Posición inicial X=0, Y=0, ángulo de 90º
►Puntos de memoria:
-En avance recto, cada 5cm
-Cada punto de giro
Nº 5: Referencia alrededor del robot
►Angulo de dirección del punto destino
►Vector de 96 posiciones que funciona como mapa de obstáculos
Nº 5: Búsqueda de trayectoria
►Primera condición: Trayectoria en línea recta
►Cuando no se puede lo anterior se utiliza neurona artificial (Modelo hebbiana)
Nº 5: Neurona hebbiana
0:1
0:1
.
siI
siIy
xwbI
i
d
n
iI
i
n
id
i
ifn
x
i
iOBSIx
ifn
x
i
iOBSDx
1
15
1
1
15
1
)(*1
)4(
)()3(
)(*1
)2(
)()1(
Nº 5: Punto destino
►Comparar punto memorizado con punto destino
►Si el robot pasa por un mismo punto mas de dos veces, se aborta la búsqueda
Interfaz usuario
►Botones y pantalla LCD
CONCLUSIONES
► La implementación de FPGA programado mediante lenguaje VHDL ofrece la gran ventaja de controlar el robot móvil de forma paralela
► Funcionamiento en paralelo dificulta las secuencias serie
►Configuración diferencial óptima para robots pequeños